一(yī)、數字水印的價值,意義以及優點~誰能幫下(xià)忙
數字版權的最後一(yī)道防線—數字水印
■ 北(běi)京大(dà)學計算機科學技術 研究所 朱新山
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數字水印被視做抵抗多媒體(tǐ)盜版的“最後一(yī)道防線”。因此從水印技術自身來說，它具有廣泛的應用前景和巨大(dà)的經濟價值。
當今社會的發展已經呈現兩個明顯的特征：數字化和網絡化。數字化指的是信息的存儲形式，特點是信息存儲量大(dà)、便于編輯和複制；網絡化指的是信息的傳輸形式，具有速度快、分(fēn)布廣的優點。過去(qù)10年，數字媒體(tǐ)信息的使用和分(fēn)布呈爆炸性的增長。人們通過互聯網可以快捷方便地獲得數字信息和在線服務。但同時，盜版也變得更加容易，對數字内容的管理和保護成爲業界迫切需要解決的問題。
數字信息在本質上有别于模拟信息，傳統的保護模拟信息的方案對數字信息已不再奏效。再加上一(yī)些具有通用目的的處理器，如pc機，使得那些基于硬件的媒體(tǐ)保護方案很容易被攻破。而通常采用的加密技術事實上隻能在信息從發送者到接受者的傳輸過程中(zhōng)保護媒體(tǐ)的内容。在信息被接收到以後，再利用的過程中(zhōng)所有的數據對使用者都是透明的，不再受到任何保護。在這一(yī)形勢下(xià)，數字水印作爲一(yī)種潛在的解決方案，得到了衆多學者的青睐。
數字水印的基本思想是在原始媒體(tǐ)數據中(zhōng)，如音頻(pín)、視頻(pín)、圖像等，隐藏具有一(yī)定意義的附加信息作爲标記，這些信息與原始數據緊密結合，并随之一(yī)起被傳輸。在接收端，通過計算機水印信号被提取出來用于各種目的，可能的應用包括數字簽名、數字指紋、廣播監視、内容認證、拷貝控制和秘密通信等。數字水印被視做抵抗多媒體(tǐ)盜版的“最後一(yī)道防線”。因此從水印技術自身來說，它具有廣泛的應用前景和巨大(dà)的經濟價值。
數字水印的一(yī)般框架圖
數字水印的基本框架
一(yī)個典型的水印系統由嵌入器和檢測器組成，如圖所示。嵌入器（式（1））根據要傳送的信息m生(shēng)成真正的水印信号，并把它隐藏到媒體(tǐ)數據x中(zhōng)，得到含水印的信号y。爲了安全起見，水印信号的生(shēng)成通常依賴于密鑰k。
y經過傳輸網絡可能會有一(yī)定的信息損失，到達檢測器端變成y′，這段通道對于嵌入器和檢測器來說都是不可控、不可知(zhī)的，可以稱其爲攻擊通道（attack channel）。檢測器負責從y′中(zhōng)提取信息，如式（2）。對于不需要宿主信号的檢測，我(wǒ)們稱爲盲水印（blind watermarking），相反稱爲非盲水印（non-blind watermarking）。由于應用的需求，盲水印一(yī)直是研究的主流。
數字水印的特性
數字水印的思想雖然簡單，但是要達到應用的目的，就必須滿足一(yī)定的性能指标，其中(zhōng)相對重要的特性包括：
● 保真性（fidelity）：又(yòu)常稱爲不可見性，指的是水印嵌入導緻宿主信号質量變化的程度。鑒于宿主信号多是多媒體(tǐ)數據供人們觀賞，水印應具有很高的保真性，同時又(yòu)增加了水印自身的安全。
● 魯棒性（robustness）：是指水印在媒體(tǐ)數據編輯、處理過程中(zhōng)的生(shēng)存能力。媒體(tǐ)數據的各種操作會導緻宿主信号信息損失，從而破壞水印完整性，像壓縮、濾波、加噪、剪切、縮放(fàng)和旋轉等，也包括一(yī)些惡意的攻擊。
● 信息容量（data payload）：是指在一(yī)定保真度下(xià)，水印信号可傳遞的信息量。實際應用要求水印可傳送多位信息。
● 安全性：在應用中(zhōng)總有人要嵌入、檢測或剔除水印，而必須限制其他人做同樣的操作，這就是水印的安全性。要實現安全，必須保密重要信息，比如通常使用密鑰産生(shēng)水印。
● 錯警率：是指在不含水印的宿主信号中(zhōng)，錯誤地檢測出水印的概率。很顯然，隻有錯警率足夠低，系統才能安全可靠地使用。
設計水印必須圍繞上述性能指标選擇合适的技術。有些特性之間是不相容的，像不可見性、魯棒性和信息容量，必須做權衡的考慮。
由水印的保真性将其分(fēn)爲可見水印和不可見水印，顧名思義可見水印可通過人眼檢測。由水印的魯棒性又(yòu)可分(fēn)爲魯棒水印（robust watermarking）和脆弱水印（fragile watermarking）。魯棒水印可以抵抗一(yī)定程度的信号處理；而脆弱水印的特點是任何對媒體(tǐ)信息的更改都會破壞水印的完整性，使水印檢測不出來。所以說魯棒水印是盡力保證水印信息的完整性，脆弱水印是盡力保證媒體(tǐ)信息的完整性，它們各有各的用途。還有一(yī)種水印介于二者之間，稱爲半脆弱水印，對一(yī)些操作魯棒，但對重要數據特征的修改操作是脆弱的。
數字水印技術的進展
早期，水印設計者關注的是如何把信息隐藏在數字媒體(tǐ)中(zhōng)并不被發現。爲此，水印信息被置于二進制數據的最低位中(zhōng)，這類方案被統稱爲最低有效位調制。很明顯，最低有效位内的信息容易在常用的信号處理中(zhōng)丢失，水印的魯棒性差。
随後，出現了大(dà)量空間域内的水印算法。水印嵌入不再是修改空間域内的單個點，而是一(yī)個點集或一(yī)個區域的特征，例如均值、方差、奇偶性等。patchwork是這類方法的一(yī)個典型代表。它在圖像空間随機選取n對像素點(ai, bi)，并且對像素ai的亮度加d，bi的亮度減d，結果這兩組像素點之間亮度差值的均值被修改爲2d。該均值和統計假設檢驗理論可确定水印的有無。可是patchwork能嵌入的信息量有限，而且對幾何變換敏感。空間域内水印算法存在的共性問題是對圖像處理的魯棒性差。
相較于空間域，頻(pín)譜則是一(yī)種很好的信号描述方法。低頻(pín)分(fēn)量代表了信号的平滑部分(fēn)，是主體(tǐ)信息;高頻(pín)分(fēn)量表示信号的抖動部分(fēn)，是邊緣信息，信号的分(fēn)析和處理非常直觀方便。擴頻(pín)水印引入了擴頻(pín)通信理論，是一(yī)種非常流行的頻(pín)率域内的水印設計思想。它将數字媒體(tǐ)視爲信道，通常具有較寬的帶寬，要嵌入的水印信号作爲發射信号，帶寬較窄。可以先将水印擴展到多個頻(pín)率點上，再與媒體(tǐ)信号疊加。這樣，每個頻(pín)率分(fēn)量内隻含有微小(xiǎo)能量的水印，既保證了不可見性，同時要破壞水印，則必須在每個頻(pín)率上疊加幅值很高的噪聲。這一(yī)思想首先被應用到dct域内，之後又(yòu)被推廣到傅立葉變換域和小(xiǎo)波域内。另外(wài)，爲了兼顧水印的保真性，人類感知(zhī)模型被用于控制每個頻(pín)率點上水印的能量，使其不至于破壞信号質量，從而形成了一(yī)類自适應的擴頻(pín)水印。
另一(yī)種重要的水印模型是把水印看成是已知(zhī)邊帶信息的通信。邊帶信息指的是嵌入器端已知(zhī)的信息，包括媒體(tǐ)數據。嵌入器應該充分(fēn)利用邊帶信息，盡可能提高水印正确檢測的概率。這對水印的設計有重要的指導意義，它說明含水印的宿主信号應該選擇在可檢測到水印的區域，同時保證一(yī)定的保真度。
當前，水印研究的熱點是探讨媒體(tǐ)信号中(zhōng)能嵌入并可靠檢測的最大(dà)信息量，它應用了已知(zhī)邊帶信息的通信模型以及信息論的知(zhī)識。水印算法的研究則側重于針對壓縮域，即jpeg、mpeg等壓縮标準，因爲壓縮是信息傳輸中(zhōng)必須采用的技術。
數字水印的攻擊技術
對媒體(tǐ)數據的各種編輯和修改常常導緻信息損失，又(yòu)由于水印與媒體(tǐ)數據緊密結合，所以也會影響到水印的檢測和提取，我(wǒ)們把這些操作統稱爲攻擊。水印的攻擊技術可以用來測試水印的性能，它是水印技術發展的一(yī)個重要方面。如何提高水印的魯棒性，抵抗攻擊，是水印設計者最爲關注的問題。
第一(yī)代水印性能評價系統stirmark囊括了大(dà)量的信号和圖像處理操作，它們可以分(fēn)爲：
● 去(qù)除水印攻擊(removal attack):主要包括a/d、d/a轉換、去(qù)噪、濾波、直方圖修改、量化和有損壓縮等。這些操作造成了媒體(tǐ)數據的信息損失，特别是壓縮，能在保證一(yī)定信息質量的前提下(xià)，盡可能多地剔出冗餘，使得水印被去(qù)掉。
● 幾何攻擊(geometrical attack):主要包括各種幾何變換，例如旋轉、平移、尺度變換、剪切、删除行或列、随機幾何變換等。這些操作使得媒體(tǐ)數據的空間或時間序列的排布發生(shēng)變化，造成水印的不可檢測，因此也叫異步攻擊。
● 共謀攻擊：攻擊者利用同一(yī)條媒體(tǐ)信息的多個含水印拷貝，使用統計方法構造出不含水印的媒體(tǐ)數據。
● 重複嵌入攻擊：攻擊者在已嵌入他人水印的媒體(tǐ)數據中(zhōng)嵌入自己的版權信息，從而造成版權糾紛。
第二代水印攻擊系統由voloshynovskiy提出，其核心思想是利用合理的媒體(tǐ)數據統計模型和最大(dà)後驗概率來估計水印或者原始媒體(tǐ)信号，從而将水印剔除。
對攻擊技術的分(fēn)析和研究促進了水印技術的革新，但也爲水印自身提出了一(yī)個又(yòu)一(yī)個挑戰。當前，還不存在一(yī)種算法能夠抵抗所有的攻擊，特别是幾何攻擊，是學術界公認的最困難的問題，目前還沒有成熟的方案。
數字水印産品
20世紀90年代末期國際上開(kāi)始出現一(yī)些水印産品。美國的digimarc公司率先推出了第一(yī)個用于靜止圖像版權保護的數字水印軟件，而後又(yòu)以插件形式将該軟件集成到adobe公司的photoshop和corel draw圖像處理軟件中(zhōng)。alpvision公司推出的lavelit軟件，能夠在任何掃描的圖片中(zhōng)隐藏若幹字符，用于文檔的保護與跟蹤。mediasec公司的syscop用水印技術來保護多媒體(tǐ)内容，欲杜絕非法拷貝、傳播和編輯。
美國版權保護技術組織（cptwg）成立了專門的數據隐藏小(xiǎo)組（dhsg）來制定版權保護水印的技術标準。他們提出了一(yī)個5c系統，用于dvd的版權保護。ibm公司将數字水印用于數字圖書(shū)館的版權保護系統中(zhōng)。許多國際知(zhī)名的商(shāng)業集團，如韓國的三星、日本的nec等，也都設立了drm技術開(kāi)發項目。另外(wài)，當前還有一(yī)些潛在的應用需求，例如軟件的搜索和下(xià)載數量的統計、網頁安全預警、數字電(diàn)視節目的保護和機密文檔的防遺失等。
一(yī)些國際标準中(zhōng)已結合了數字水印或者爲其預留了空間。sdmi的目标是爲音樂的播放(fàng)、存儲和發布提供一(yī)個開(kāi)放(fàng)的框架。sdmi規範中(zhōng)規定了多種音頻(pín)文件格式，并聯合加密和數字水印技術來實現版權保護。已經頒布的jpeg2000國際标準中(zhōng)，爲數字水印預留了空間。即将頒布的數字視頻(pín)壓縮标準mpeg-4(iso/iec 14496)，提供了一(yī)個知(zhī)識産權管理和保護的接口，允許結合包括水印在内的版權保護技術。
在國内，政府對信息安全産業的發展極爲重視。數字水印的研究得到了國家自然科學基金和“863”計劃的資(zī)助。國内信息隐藏學術研讨會(cihw)自1999年以來至今已成功舉辦了五屆，有力地推動了水印技術的研究與發展。去(qù)年政府更頒布了《中(zhōng)華人民共和國電(diàn)子簽名法》，這給水印技術的應用提供了必要的法律依據。
盡管數字水印發展迅速，但離(lí)實際應用，還有一(yī)段距離(lí)要走。許多項目和研究都還處于起步和實驗階段，已出現的水印産品還不能完全滿足使用需求。如今水印技術正在向縱深發展，一(yī)些基本的技術和法律問題正逐個得到解決。相信不久的将來，水印與其它drm技術的結合，将徹底解決數字内容的管理和保護問題。
小(xiǎo)資(zī)料2
多媒體(tǐ)數字版權保護的應用案例
在安全領域有20年發展曆史的美商(shāng)safenet推出的數字産權保護方案dmd是采用加密技術的drm産品。safenet公司亞太地區副總裁陳泓應記者的要求介紹幾個成功的應用案例。
dmd主要應用于音樂和鈴聲的下(xià)載、vod、多媒體(tǐ)内容發布服務，以及最近的移動tv。基本來說，客戶選擇基于以下(xià)幾點:基于電(diàn)信級的性能，可以同時處理上千個用戶；可以同步支持多種drm技術，并且對未來的drm技術有高支持能力；高互通性，确保服務器端與客戶端能安全穩定地溝通；先進的授權能力，例如可以有效控制一(yī)個授權的使用量；高集成性，确保drm的平台不是獨立作業的，可以很容易地整合至服務器平台，與收費(fèi)系統等結合。
在音樂下(xià)載方面，npo是safenet在法國的客戶。他們主要負責發布cd音樂及将發表的音樂放(fàng)到fn@c的網絡上供人付費(fèi)下(xià)載。npo将音樂内容做drm處理後，将内容由fn@c (這是一(yī)個公開(kāi)的入口網站)發布，提供給人付費(fèi)下(xià)載。當終端用戶付了錢，fn@c會将一(yī)部分(fēn)的證明數據加密并提交給npo，由npo産生(shēng)授權給此用戶。
在vod的應用層面，德國的arcor公司是一(yī)家isp供貨商(shāng)。透過drm解決方案，arcor将影音内容加密，透過互聯網和cable給客戶做使用者付費(fèi)的服務。客戶付了錢，arcor由safenet的drm解決方案産生(shēng)正式授權，讓客戶享用影音服務。
在3g的應用方面，英國的bt lifttime公司也采用safenet的dmd方案。bt lifetime向内容供貨商(shāng)購買cable tv的内容(如運動節目或音樂節目等)，并将此内容轉成dab格式，經過dmd加密并放(fàng)到其平台，再轉賣給無線運營商(shāng)，提供移動裝置用戶直接付費(fèi)下(xià)載内容。通過safenet dmd将授權提供給已經付費(fèi)的客戶。
（計算機世界報 2005年11月14日 第44期 b6、b7）
mpeg-4視頻(pín)數字水印技術的設計與實現
武漢大(dà)學信号與信息處理實驗室(430079) 裘風光 李富平
随着信息技術和計算機網絡的飛速發展，人們不但可以通過互聯網和cd-rom方便快捷地獲得多媒體(tǐ)信息，還可以得到與原始數據完全相同的複制品，由此引發的盜版問題和版權紛争已成爲日益嚴重的社會問題。因此，數字多媒體(tǐ)産品的水印處理技術已經成爲近年來研究的熱點領域之一(yī)。
雖然數字水印技術近幾年得到長足發展，但方向主要集中(zhōng)于靜止圖像。由于包括時間域掩蔽效應等特性在内的更爲精确的人眼視覺模型尚未完全建立，視頻(pín)水印技術的發展滞後于靜止圖像水印技術。另一(yī)方面，由于針對視頻(pín)水印的特殊攻擊形式的出現，爲視頻(pín)水印提出了一(yī)些區别于靜止圖像水印的獨特要求。
本文分(fēn)析了mpeg-4視頻(pín)結構的特點種基于擴展頻(pín)譜的視頻(pín)數字水印改進方案應用實例。
1視頻(pín)數字水印技術簡介
1．1數字水印技術介紹
數字水印技術通過一(yī)定的算法将一(yī)些标志(zhì)性信息直接嵌入到多媒體(tǐ)内容當中(zhōng)，但不影響原内容的價值和使用，并且不能被人的感知(zhī)系統覺察或注意到。與傳統的加密技術不同，數字水印技術并不能阻止盜版活動的發生(shēng)，但可以判别對象是否受到保護，監視被保護數據的傳播，鑒别真僞，解決版權糾紛并爲法庭提供認證證據。爲了給攻擊者增加去(qù)除水印的難度，目前大(dà)多數水印制作方案都采用密碼學中(zhōng)的加密體(tǐ)系來加強，在水印嵌入、提取時采用一(yī)種密鑰，甚至幾種密鑰聯合使用。水印嵌入和提取的一(yī)般方法如圖1所示。
1．2視頻(pín)數字水印設計應考慮的幾個方面
·水印容量：嵌入的水印信息必須足以标識多媒體(tǐ)内容的購買者或所有者。
·不可察覺性：嵌入在視頻(pín)數據中(zhōng)的數字水印應該不可見或不可察覺。
·魯棒性：在不明顯降低視頻(pín)質量的條件下(xià)，水印很難除去(qù)。
·盲檢測：水印檢測時不需要原始視頻(pín)，因爲保存所有的原始視頻(pín)幾乎是不可能的。
·篡改提示：當多媒體(tǐ)内容發生(shēng)改變時，通過水印提取算法，能夠敏感地檢測到原始數據是否被篡改。
1．3視頻(pín)數字水印方案選擇
通過分(fēn)析現有的數字視頻(pín)編解碼系統，可以将目前mpeg-4視頻(pín)水印的嵌入與提取方案分(fēn)爲以下(xià)幾類，如圖2所示。
(1)視頻(pín)水印嵌入方案一(yī)：水印直接嵌入在原始視頻(pín)流中(zhōng)。此類方案的優點是：水印嵌入的方法較多，原則上數字圖像水印方案均可應用于此。缺點是：
·會增加視頻(pín)碼流的數據比特率；
·經mpeg-4有損壓縮後會丢失水印；
·會降低視頻(pín)質量；
·對于已壓縮的視頻(pín)，需先進行解碼，然後嵌入水印，再重新編碼。
(2)視頻(pín)水印嵌入方案二：水印嵌入在編碼階段的離(lí)散餘弦變換(dct)的直流系數(dc)中(zhōng)(量化後、預測前)。此類方案的優點是：
·水印僅嵌入在dct系數中(zhōng)，不會增加視頻(pín)流的數據比特率；
·易設計出抗多種攻擊的水印；
·可通過自适應機制依據人的視覺特性進行調制，在得到較好的主觀視覺質量的同時得到較強的抗攻擊能力。
缺點是對于已壓縮的視頻(pín)，有一(yī)個部分(fēn)解碼、嵌入、再編碼的過程。
(3)視頻(pín)水印嵌入方案三：水印直接嵌入在mpeg-4壓縮比特流中(zhōng)。優點是不需完全解碼和再編碼的過程，對整體(tǐ)視頻(pín)信号的影響較小(xiǎo)。缺點是：
·視頻(pín)系統對視頻(pín)壓縮碼率的約束将限制水印的嵌入量；
·水印的嵌入可能造成對視頻(pín)解碼系統中(zhōng)運動補償環路的不良影響；
·該類算法設計具有一(yī)定的複雜(zá)度。
2 mpeg-4視頻(pín)水印的實現
基于上述的各種方案，本文在方案二的基礎上提出了一(yī)種針對mpeg-4視頻(pín)編碼系統的擴展頻(pín)譜數字水印技術改進方案，将擴頻(pín)調制後的水印信息嵌入到視頻(pín)流ivop(intra video object plane)中(zhōng)色度dct直流系數的最低位。本方案不需要完全解碼，大(dà)大(dà)減少了運算的
複雜(zá)度，提高了實時性。同時由于水印嵌入在直流系數中(zhōng)，在保證視頻(pín)效果不失真的前提下(xià)，水印具有很強的魯棒性。
2．1 mpeg-4視頻(pín)的特點 mpeg-4視頻(pín)編解碼基于vop(video object plane)。
從時間上看，vop分(fēn)爲内部vop(1vop)、前向因果預測vop(pvop)、雙向非因果預測vop(bvop)、全景的靈影vop(svop)。ivop隻用本身的信息進行編碼；pvop利用過去(qù)的參考vop進行運動補償的預測編碼；bvop利用過去(qù)和将來的參考vop進行雙向運動補償的預測編碼；svop一(yī)系列運動圖像中(zhōng)的靜止背景。因此ivop的圖像信息較獨立，最适合嵌入水印信息。
從空間上看，它由若幹個大(dà)小(xiǎo)爲16×16的宏塊(macro block)組成，每個宏塊包括大(dà)小(xiǎo)爲8×8的6個子塊。其中(zhōng)4個亮度子塊y，1個色差子塊u，1個色差子塊v。ivop編碼基本流程如圖3所示。
爲了不受量化過程的影響，本方案将水印嵌入在量化後的dct系數中(zhōng)，從而提高了水印生(shēng)存的穩定性。在mpeg-4壓縮算法中(zhōng)，dct系數的量化是關鍵，它直接影響視頻(pín)的質量和碼流控制算法。爲此，mpeg-4提供了一(yī)個供參考的标準量化表。該表根據人類視覺模型(hvs)建立。考慮到人眼對高頻(pín)信息損失的敏感度較低頻(pín)損失小(xiǎo)很多，因此通常把水印嵌入到中(zhōng)低頻(pín)信息中(zhōng)，提高了水印信息的魯棒性。另外(wài)，根據人眼對亮度信息的變化比色度信息較敏感這一(yī)特性，爲最大(dà)限度地保持視頻(pín)質量，本方案将水印嵌入到色度(u子塊)dct系數中(zhōng)。由于dct是目前多媒體(tǐ)視頻(pín)壓縮中(zhōng)被廣泛采用的技術基礎，因此基于dct的視頻(pín)水印方案具有顯著的優勢。将水印信息嵌入到ivop色度量化後的dct直流系數中(zhōng)，不但無需引入額外(wài)的變換以獲取視頻(pín)的頻(pín)譜分(fēn)布，且水印信息不受dct系數量化帶來的影響。
2．2視頻(pín)數字水印算法與實現
在mpeg-4視頻(pín)中(zhōng)，由于ivop中(zhōng)色度子塊的dct直流系數是一(yī)個在視頻(pín)流中(zhōng)始終存在且很魯棒的參數，本方案将水印信息經m序列(最長線性反饋移存器序列)調制後嵌入到ivop的色度子塊dct的直流系數中(zhōng)。這樣水印信息在不影響視頻(pín)效果的情況下(xià)難以去(qù)除，所以魯棒性足夠強。本方案采用擴頻(pín)的方法，以方便有效地檢測水印，抵抗各種攻擊和幹擾，保密性好。關鍵問題是色度dct的直流系統是一(yī)個對視覺系統很敏感的參數，本方案在色度dct的直流系數上加水印相當于對其加入微量幹擾，必須使這種幹擾低于一(yī)定的門限值，使人眼的視覺系統對視頻(pín)中(zhōng)色度的微小(xiǎo)變化感覺不到。經過試驗将水印嵌入到ivop的色度dct的直流系數的最低位能滿足要求。
2．2．1視頻(pín)數字水印的嵌入
僞随機的擴展序列長度爲255(28-1)，每一(yī)水印信息位通過僞随機擴展序列的調制嵌入到相應的ivop色度對應的dct直流系數(量化後、預測前)的最低位，這樣水印信息在不影響視頻(pín)效果的情況下(xià)一(yī)般難以去(qù)除。同時，嵌入在直流系數的最低位，帶來的誤差非常小(xiǎo)。
僞随機的擴展序列産生(shēng)代碼如下(xià)：
#define m_len 255
#define m_series 8
for(i=0；i for(i=m_series；i {
m[i]=m[i-1]+m[i-5]+m[i-6]+m[i-7]
m[i]=m[i]％2；
}
水印信息位擴展調制方式爲：
·水印信息位爲0，僞随機的擴展序列不變；
·水印信息位爲1，僞随機的擴展序列取反。
這個過程可以用異或運算實現。代碼如下(xià)：
wmij=wi^m[j]；
／*每一(yī)水印信息位擴展調制成255位的擴展調制位*／
這裏wi表示水印信息碼流，wmij表示水印信息擴展調制碼流。設udcij表示視頻(pín)ivop色度dct的直流系數(量化後、dc預測計算之前)序列，爲了方便，用一(yī)個字節表示一(yī)位二進制碼流信息。
水印嵌入過程如下(xià)：
if(wmij) udcij 1=1；
／*根據擴展調制後的碼流嵌入水印信息*／
else udcij&=0xfffe；
2．2．2視頻(pín)數字水印的提取
水印信息提取是水印信息嵌入的逆過程，代碼如下(xià)：
if(inv_udcij &1)inv_wmij=1；
else inv_wmij=0；
這裏inv_udcij表示帶有水印信息的視頻(pín)ivop色度dct的直流系數(反量化前、dc預測計算之後)序列；inv_wmij表示檢測到的水印信息擴展調制碼流。每個ivop色度子塊在解碼時得到一(yī)位擴展調制的信号位，每連續255個擴展調制的信号位可解調得到1位水印
信息，具體(tǐ)分(fēn)析如下(xià)：
用與原始僞随機序列結構相同且完全同步的序列與得到的連續255個擴展調制的信号接收序列進行異或運算，統計運算後1的個數記爲onecount。由于m序列的自相關函數隻有兩種取值(1和-1／(2n-1))，屬于雙值自相關序列。因此，如果數據未受到任何攻擊和幹擾，onecount隻有兩種結果：255或0。當onecount=255時，得到的水印信息位爲1；當onecount=0時，得到的水印信息位爲0。如果數據受到攻擊或幹擾，onecount有多種結果。根據統計分(fēn)析，當onecount>127時，得到的水印信息位爲1，并且這255個ivop色度子塊中(zhōng)有(255-onecount)個子塊受到攻擊或幹擾；當onecount<127時，得到的水印信息位爲0，并且這255個ivop色度子塊中(zhōng)有onecount個子塊受到攻擊或幹擾。這樣既可以統計總共有多少視頻(pín)ivop色度子塊受到攻擊或幹擾，同時又(yòu)能極強地恢複出原始水印信息。
3試驗結果分(fēn)析
試驗結果表明，m序列的長度越長，檢測效果越好，但能夠嵌入的水印信息量也相應地減少。本方案中(zhōng)水印隻嵌入在視頻(pín)的ivop中(zhōng)，不修改pvop和bvop，對幀跳躍與幀删除攻擊穩健，因爲ivop不可以被跳躍或删除。同時，由于水印信息嵌入在dct的直流系數中(zhōng)，而直流系數的變化對視頻(pín)效果會有較大(dà)的影響，所以采取将水印信息嵌入到色度子塊dct直流系數的最低位。這樣不僅使水印嵌入計算的複雜(zá)度大(dà)爲降低，爲mpeg-4編解碼節省了時間，還可取得良好的視頻(pín)效果，達到了不可覺察性。從統計角度看也不會增加視頻(pín)碼流。另外(wài)，水印提取時無需原始視頻(pín)。若水印信息未受到攻擊，則本方案可準确地提取到原始視頻(pín)的完全水印；若水印信息受到攻擊，根據擴頻(pín)解調性質，本方案可以最大(dà)限度地恢複出原始水印信息，并統計出有多少個ivop色度子塊受到攻擊。
由于dct是目前多媒體(tǐ)視頻(pín)壓縮幾大(dà)标準(h．261、h．263、mpeg-4等)共同采用的技術基礎。因此基于dct的水印方案在視頻(pín)壓縮中(zhōng)具有非常重要的研究意義和應用前景。本文在此基礎上提出了一(yī)個基于擴展頻(pín)譜的mpeg-4視頻(pín)數字水印方案。實踐證明，在不需要原始視頻(pín)的情況下(xià)，本方案能敏感地檢測到數據是否被篡改或破壞，并具有良好的穩定性和魯棒性，從而提供了知(zhī)識産權的保護，防止非法獲取。
本文摘自《電(diàn)子技術應用》
應用：數字水印
消息認證與數字簽名可以應用到數字水印中(zhōng)。
傳統水印用來證明紙(zhǐ)币或紙(zhǐ)張上内容的合法性，數字水印（digital watermark）用以證明一(yī)個數字産品的擁有權、真實性。數字水印是嵌在數字産品中(zhōng)的數字信息。可以是作者的序列号、公司标志(zhì)、有特殊意義的文本等。
數字水印主要用于：阻止非法複制(間接的)、确定所有權(作者、發行人、分(fēn)發商(shāng)、合法的最終用戶)、确定作品的真實性和完整性(是否僞造、被篡改)、證實收件人、不可否認的傳送、法庭證據的驗證、赝品甄别、識别文件來源與版本、web網絡巡邏監視盜賊等。
傳統水印是人眼可以看得見的，而數字水印可以分(fēn)爲可感知(zhī)的(perceptible)和不易感知(zhī)的(inperceptible)兩種。
可感知(zhī)的數字水印，主要用于當場聲明對産品的所有權、著作權及來源，起到一(yī)個宣傳廣告或約束的作用。可感知(zhī)水印一(yī)般爲較淡的或半透明的不礙觀瞻的圖案；比如電(diàn)視台節目播放(fàng)的同時，在某個角落插上電(diàn)視台的半透明标志(zhì)。另一(yī)個用途是爲了在線分(fēn)發作品，比如先将一(yī)個低分(fēn)辨率的有可見水印的圖像免費(fèi)送人，其水印往往是擁有者或賣主的信息，它提供了尋找原高分(fēn)辨率作品的線索，若想得到高分(fēn)辨率的原作品則需付費(fèi)。有些公司在産品出售前爲了在網絡上宣傳其産品，先做上可逆可見水印分(fēn)發，付費(fèi)購買時，再用專用軟件将可見水印去(qù)掉，加入不可見水印(發行人、分(fēn)發商(shāng)、最終用戶等的信息)。可見水印還有另一(yī)些用途，那就是爲了節約帶寬、存儲空間等原因，在vcd、dvd等電(diàn)影拷貝中(zhōng)用嵌入不可見水印的方式配上多種語言的副标題和字幕，待播放(fàng)時由硬件根據需要實時地解出每一(yī)幀中(zhōng)的水印文字，将其顯示在屏幕上。
可見水印在某些産品中(zhōng)或多或少降低了作品的觀賞價值，使其用途相對受到一(yī)定限制。不易感知(zhī)的水印的應用層次更高，制作難度更大(dà)。
不易感知(zhī)的數字水印就像隐形墨水技術中(zhōng)的看不見的文字，隐藏在數字産品中(zhōng)。水印的存在要以不破壞原數據的欣賞價值、使用價值爲原則。數字水印按照某種方式植入被保護的信息中(zhōng)，在産生(shēng)版權糾紛時，通過相應的算法提取出該數字水印，從而驗證版權的歸屬。被保護的信息可以是圖像、聲音、視頻(pín)或一(yī)般性的電(diàn)子文檔等。爲了給攻擊者增加去(qù)除水印的難度，大(dà)多數水印制作方案都在水印的嵌入、提取時使用密鑰。
圖5.7水印的嵌入與提取
數字水印技術雖然不能阻止盜版活動的發生(shēng)，但它可以判别對象是否受到保護，監視被保護數據的傳播、真僞鑒别和非法拷貝、解決版權糾紛并爲法庭提供證據。
數字水印的設計需要考慮以下(xià)幾個方面：
魯棒性：是指被保護的信息經過某種改動後抵抗隐藏信息丢失的能力。例如傳輸過程中(zhōng)的信道噪音、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、d/ a或 a/ d轉換、圖像的幾何變換（如平
二、數字圖像處理的發展趨勢
數字圖像處理（digital image processing）是用計算機對圖像信息進行處理的一(yī)門技術，使利用計算機對圖像進行各種處理的技術和方法。
20世紀20年代，圖像處理首次得到應用。20世紀60年代中(zhōng)期，随電(diàn)子計算機的發展得到普遍應用。60年代末，圖像處理技術不斷完善，逐漸成爲一(yī)個新興的學科。利用數字圖像處理主要是爲了修改圖形，改善圖像質量，或是從圖像中(zhōng)提起有效信息，還有利用數字圖像處理可以對圖像進行體(tǐ)積壓縮，便于傳輸和保存。數字圖像處理主要研究以下(xià)内容：傅立葉變換、小(xiǎo)波變換等各種圖像變換；對圖像進行編碼和壓縮；采用各種方法對圖像進行複原和增強；對圖像進行分(fēn)割、描述和識别等。随着技術的發展，數字圖像處理主要應用于通訊技術、宇宙探索遙感技術和生(shēng)物(wù)工(gōng)程等領域。
數字圖像處理因易于實現非線性處理，處理程序和處理參數可變，故是一(yī)項通用性強，精度高，處理方法靈活，信息保存、傳送可靠的圖像處理技術。主要用于圖像變換、量測、模式識别、模拟以及圖像産生(shēng)。廣泛應用在遙感、宇宙觀測、影像醫學、通信、刑偵及多種工(gōng)業領域。
遙感影像數字圖像處理的内容主要有：①圖像恢複。即校正在成像、記錄、傳輸或回放(fàng)過程中(zhōng)引入的數據錯誤、噪聲與畸變。包括輻射校正、幾何校正等；②數據壓縮。以改進傳輸、存儲和處理數據效率；③影像增強。突出數據的某些特征，以提高影像目視質量。包括彩色增強、反差增強、邊緣增強、密度分(fēn)割、比值運算、去(qù)模糊等；④信息提取。從經過增強處理的影像中(zhōng)提取有用的遙感信息。包括采用各種統計分(fēn)析、集群分(fēn)析、頻(pín)譜分(fēn)析等自動識别與分(fēn)類。通常利用專用數字圖像處理系統來實現，且依據目的不同采用不同算法和技術。
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數字圖像處理概述
數字圖像處理發展概況
數字圖像處理（digital image processing）又(yòu)稱爲計算機圖像處理，它是指将圖像信号轉換成數字信号并利用計算機對其進行處理的過程。數字圖像處理最早出現于20世紀50年代，當時的電(diàn)子計算機已經發展到一(yī)定水平，人們開(kāi)始利用計算機來處理圖形和圖像信息。數字圖像處理作爲一(yī)門學科大(dà)約形成于20世紀60年代初期。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質量，它以人爲對象，以改善人的視覺效果爲目的。圖像處理中(zhōng)，輸入的是質量低的圖像，輸出的是改善質量後的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、複原、編碼、壓縮等。首次獲得實際成功應用的是美國噴氣推進實驗室（jpl）。他們對航天探測器徘徊者7号在1964年發回的幾千張月球照片使用了圖像處理技術，如幾何校正、灰度變換、去(qù)除噪聲等方法進行處理，并考慮了太陽位置和月球環境的影響，由計算機成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大(dà)的成功。随後又(yòu)對探測飛船發回的近十萬張照片進行更爲複雜(zá)的圖像處理，以緻獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，爲人類登月創舉奠定了堅實的基礎，也推動了數字圖像處理這門學科的誕生(shēng)。在以後的宇航空間技術，如對火(huǒ)星、土星等星球的探測研究中(zhōng)，數字圖像處理技術都發揮了巨大(dà)的作用。數字圖像處理取得的另一(yī)個巨大(dà)成就是在醫學上獲得的成果。1972年英國emi公司工(gōng)程師housfield發明了用于頭顱診斷的x射線計算機斷層攝影裝置，也就是我(wǒ)們通常所說的ct（computer tomograph）。ct的基本方法是根據人的頭部截面的投影，經計算機處理來重建截面圖像，稱爲圖像重建。1975年emi公司又(yòu)成功研制出全身用的ct裝置，獲得了人體(tǐ)各個部位鮮明清晰的斷層圖像。1979年，這項無損傷診斷技術獲得了諾貝爾獎，說明它對人類作出了劃時代的貢獻。與此同時，圖像處理技術在許多應用領域受到廣泛重視并取得了重大(dà)的開(kāi)拓性成就，屬于這些領域的有航空航天、生(shēng)物(wù)醫學工(gōng)程、工(gōng)業檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術等，使圖像處理成爲一(yī)門引人注目、前景遠大(dà)的新型學科。随着圖像處理技術的深入發展，從70年代中(zhōng)期開(kāi)始，随着計算機技術和人工(gōng)智能、思維科學研究的迅速發展，數字圖像處理向更高、更深層次發展。人們已開(kāi)始研究如何用計算機系統解釋圖像，實現類似人類視覺系統理解外(wài)部世界，這被稱爲圖像理解或計算機視覺。很多國家，特别是發達國家投入更多的人力、物(wù)力到這項研究，取得了不少重要的研究成果。其中(zhōng)代表性的成果是70年代末mit的marr提出的視覺計算理論，這個理論成爲計算機視覺領域其後十多年的主導思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小(xiǎo)的進展，但它本身是一(yī)個比較難的研究領域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一(yī)個有待人們進一(yī)步探索的新領域。
數字圖像處理主要研究的内容
數字圖像處理主要研究的内容有以下(xià)幾個方面： 1) 圖像變換由于圖像陣列很大(dà)，直接在空間域中(zhōng)進行處理，涉及計算量很大(dà)。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離(lí)散餘弦變換等間接處理技術，将空間域的處理轉換爲變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻(pín)域中(zhōng)進行數字濾波處理）。目前新興研究的小(xiǎo)波變換在時域和頻(pín)域中(zhōng)都具有良好的局部化特性，它在圖像處理中(zhōng)也有着廣泛而有效的應用。 2) 圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮技術可減少描述圖像的數據量（即比特數），以便節省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。壓縮可以在不失真的前提下(xià)獲得，也可以在允許的失真條件下(xià)進行。編碼是壓縮技術中(zhōng)最重要的方法，它在圖像處理技術中(zhōng)是發展最早且比較成熟的技術。 3) 圖像增強和複原圖像增強和複原的目的是爲了提高圖像的質量，如去(qù)除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強不考慮圖像降質的原因，突出圖像中(zhōng)所感興趣的部分(fēn)。如強化圖像高頻(pín)分(fēn)量，可使圖像中(zhōng)物(wù)體(tǐ)輪廓清晰，細節明顯；如強化低頻(pín)分(fēn)量可減少圖像中(zhōng)噪聲影響。圖像複原要求對圖像降質的原因有一(yī)定的了解，一(yī)般講應根據降質過程建立"降質模型"，再采用某種濾波方法，恢複或重建原來的圖像。 4) 圖像分(fēn)割圖像分(fēn)割是數字圖像處理中(zhōng)的關鍵技術之一(yī)。圖像分(fēn)割是将圖像中(zhōng)有意義的特征部分(fēn)提取出來，其有意義的特征有圖像中(zhōng)的邊緣、區域等，這是進一(yī)步進行圖像識别、分(fēn)析和理解的基礎。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區域分(fēn)割的方法，但還沒有一(yī)種普遍适用于各種圖像的有效方法。因此，對圖像分(fēn)割的研究還在不斷深入之中(zhōng)，是目前圖像處理中(zhōng)研究的熱點之一(yī)。 5) 圖像描述圖像描述是圖像識别和理解的必要前提。作爲最簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物(wù)體(tǐ)的特性，一(yī)般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區域描述兩類方法。對于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。随着圖像處理研究的深入發展，已經開(kāi)始進行三維物(wù)體(tǐ)描述的研究，提出了體(tǐ)積描述、表面描述、廣義圓柱體(tǐ)描述等方法。 6) 圖像分(fēn)類（識别）圖像分(fēn)類（識别）屬于模式識别的範疇，其主要内容是圖像經過某些預處理（增強、複原、壓縮）後，進行圖像分(fēn)割和特征提取，從而進行判決分(fēn)類。圖像分(fēn)類常采用經典的模式識别方法，有統計模式分(fēn)類和句法（結構）模式分(fēn)類，近年來新發展起來的模糊模式識别和人工(gōng)神經網絡模式分(fēn)類在圖像識别中(zhōng)也越來越受到重視。
數字圖像處理的基本特點
（1）目前，數字圖像處理的信息大(dà)多是二維信息，處理信息量很大(dà)。如一(yī)幅256×256低分(fēn)辨率黑白(bái)圖像，要求約64kbit的數據量；對高分(fēn)辨率彩色512×512圖像，則要求768kbit數據量；如果要處理30幀/秒的電(diàn)視圖像序列，則每秒要求500kbit～22.5mbit數據量。因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。（2）數字圖像處理占用的頻(pín)帶較寬。與語言信息相比，占用的頻(pín)帶要大(dà)幾個數量級。如電(diàn)視圖像的帶寬約5.6mhz，而語音帶寬僅爲4khz左右。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環節的實現上，技術難度較大(dà)，成本亦高，這就對頻(pín)帶壓縮技術提出了更高的要求。（3）數字圖像中(zhōng)各個像素是不獨立的，其相關性大(dà)。在圖像畫面上，經常有很多像素有相同或接近的灰度。就電(diàn)視畫面而言，同一(yī)行中(zhōng)相鄰兩個像素或相鄰兩行間的像素，其相關系數可達0.9以上，而相鄰兩幀之間的相關性比幀内相關性一(yī)般說還要大(dà)些。因此，圖像處理中(zhōng)信息壓縮的潛力很大(dà)。（4）由于圖像是三維景物(wù)的二維投影，一(yī)幅圖象本身不具備複現三維景物(wù)的全部幾何信息的能力，很顯然三維景物(wù)背後部分(fēn)信息在二維圖像畫面上是反映不出來的。因此，要分(fēn)析和理解三維景物(wù)必須作合适的假定或附加新的測量，例如雙目圖像或多視點圖像。在理解三維景物(wù)時需要知(zhī)識導引，這也是人工(gōng)智能中(zhōng)正在緻力解決的知(zhī)識工(gōng)程問題。（5）數字圖像處理後的圖像一(yī)般是給人觀察和評價的，因此受人的因素影響較大(dà)。由于人的視覺系統很複雜(zá)，受環境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知(zhī)識狀況影響很大(dà)，作爲圖像質量的評價還有待進一(yī)步深入的研究。另一(yī)方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知(zhī)機理必然影響着計算機視覺的研究。例如，什麽是感知(zhī)的初始基元，基元是如何組成的，局部與全局感知(zhī)的關系，優先敏感的結構、屬性和時間特征等，這些都是心理學和神經心理學正在着力研究的課題。
數字圖像處理的優點
1. 再現性好數字圖像處理與模拟圖像處理的根本不同在于，它不會因圖像的存儲、傳輸或複制等一(yī)系列變換操作而導緻圖像質量的退化。隻要圖像在數字化時準确地表現了原稿，則數字圖像處理過程始終能保持圖像的再現。 2．處理精度高按目前的技術，幾乎可将一(yī)幅模拟圖像數字化爲任意大(dà)小(xiǎo)的二維數組，這主要取決于圖像數字化設備的能力。現代掃描儀可以把每個像素的灰度等級量化爲16位甚至更高，這意味着圖像的數字化精度可以達到滿足任一(yī)應用需求。對計算機而言，不論數組大(dà)小(xiǎo)，也不論每個像素的位數多少，其處理程序幾乎是一(yī)樣的。換言之，從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實現的，隻要在處理時改變程序中(zhōng)的數組參數就可以了。回想一(yī)下(xià)圖像的模拟處理，爲了要把處理精度提高一(yī)個數量級，就要大(dà)幅度地改進處理裝置，這在經濟上是極不合算的。 3．适用面寬圖像可以來自多種信息源，它們可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像（例如x射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外(wài)圖像等）。從圖像反映的客觀實體(tǐ)尺度看，可以小(xiǎo)到電(diàn)子顯微鏡圖像，大(dà)到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠鏡圖像。這些來自不同信息源的圖像隻要被變換爲數字編碼形式後，均是用二維數組表示的灰度圖像（彩色圖像也是由灰度圖像組合成的，例如rgb圖像由紅、綠、藍(lán)三個灰度圖像組合而成）組合而成，因而均可用計算機來處理。即隻要針對不同的圖像信息源，采取相應的圖像信息采集措施，圖像的數字處理方法适用于任何一(yī)種圖像。 4．靈活性高圖像處理大(dà)體(tǐ)上可分(fēn)爲圖像的像質改善、圖像分(fēn)析和圖像重建三大(dà)部分(fēn)，每一(yī)部分(fēn)均包含豐富的内容。由于圖像的光學處理從原理上講隻能進行線性運算，這極大(dà)地限制了光學圖像處理能實現的目标。而數字圖像處理不僅能完成線性運算，而且能實現非線性處理，即凡是可以用數學公式或邏輯關系來表達的一(yī)切運算均可用數字圖像處理實現。
數字圖像處理的應用
圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應用領域必然涉及到人類生(shēng)活和工(gōng)作的方方面面。随着人類活動範圍的不斷擴大(dà)，圖像處理的應用領域也将随之不斷擴大(dà)。 1）航天和航空技術方面的應用數字圖像處理技術在航天和航空技術方面的應用，除了上面介紹的jpl對月球、火(huǒ)星照片的處理之外(wài)，另一(yī)方面的應用是在飛機遙感和衛星遙感技術中(zhōng)。許多國家每天派出很多偵察飛機對地球上有興趣的地區進行大(dà)量的空中(zhōng)攝影。對由此得來的照片進行處理分(fēn)析，以前需要雇用幾千人，而現在改用配備有高級計算機的圖像處理系統來判讀分(fēn)析，既節省人力，又(yòu)加快了速度，還可以從照片中(zhōng)提取人工(gōng)所不能發現的大(dà)量有用情報。從60年代末以來，美國及一(yī)些國際組織發射了資(zī)源遙感衛星（如landsat系列）和天空實驗室（如skylab），由于成像條件受飛行器位置、姿态、環境條件等影響，圖像質量總不是很高。因此，以如此昂貴的代價進行簡單直觀的判讀來獲取圖像是不合算的，而必須采用數字圖像處理技術。如landsat系列陸地衛星，采用多波段掃描器（mss），在900km高空對地球每一(yī)個地區以18天爲一(yī)周期進行掃描成像，其圖像分(fēn)辨率大(dà)緻相當于地面上十幾米或100米左右（如1983年發射的landsat-4，分(fēn)辨率爲30m）。這些圖像在空中(zhōng)先處理（數字化，編碼）成數字信号存入磁帶中(zhōng)，在衛星經過地面站上空時，再高速傳送下(xià)來，然後由處理中(zhōng)心分(fēn)析判讀。這些圖像無論是在成像、存儲、傳輸過程中(zhōng)，還是在判讀分(fēn)析中(zhōng)，都必須采用很多數字圖像處理方法。現在世界各國都在利用陸地衛星所獲取的圖像進行資(zī)源調查（如森(sēn)林調查、海洋泥沙和漁業調查、水資(zī)源調查等），災害檢測（如病蟲害檢測、水火(huǒ)檢測、環境污染檢測等），資(zī)源勘察（如石油勘查、礦産量探測、大(dà)型工(gōng)程地理位置勘探分(fēn)析等），農業規劃（如土壤營養、水份和農作物(wù)生(shēng)長、産量的估算等），城市規劃（如地質結構、水源及環境分(fēn)析等）。我(wǒ)國也陸續開(kāi)展了以上諸方面的一(yī)些實際應用，并獲得了良好的效果。在氣象預報和對太空其它星球研究方面，數字圖像處理技術也發揮了相當大(dà)的作用。 2）生(shēng)物(wù)醫學工(gōng)程方面的應用數字圖像處理在生(shēng)物(wù)醫學工(gōng)程方面的應用十分(fēn)廣泛，而且很有成效。除了上面介紹的ct技術之外(wài)，還有一(yī)類是對醫用顯微圖像的處理分(fēn)析，如紅細胞、白(bái)細胞分(fēn)類，染色體(tǐ)分(fēn)析，癌細胞識别等。此外(wài)，在x光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電(diàn)圖分(fēn)析、立體(tǐ)定向放(fàng)射治療等醫學診斷方面都廣泛地應用圖像處理技術。 3）通信工(gōng)程方面的應用當前通信的主要發展方向是聲音、文字、圖像和數據結合的多媒體(tǐ)通信。具體(tǐ)地講是将電(diàn)話(huà)、電(diàn)視和計算機以三網合一(yī)的方式在數字通信網上傳輸。其中(zhōng)以圖像通信最爲複雜(zá)和困難，因圖像的數據量十分(fēn)巨大(dà)，如傳送彩色電(diàn)視信号的速率達100mbit/s以上。要将這樣高速率的數據實時傳送出去(qù)，必須采用編碼技術來壓縮信息的比特量。在一(yī)定意義上講，編碼壓縮是這些技術成敗的關鍵。除了已應用較廣泛的熵編碼、dpcm編碼、變換編碼外(wài)，目前國内外(wài)正在大(dà)力開(kāi)發研究新的編碼方法，如分(fēn)行編碼、自适應網絡編碼、小(xiǎo)波變換圖像壓縮編碼等。 4）工(gōng)業和工(gōng)程方面的應用在工(gōng)業和工(gōng)程領域中(zhōng)圖像處理技術有着廣泛的應用，如自動裝配線中(zhōng)檢測零件的質量、并對零件進行分(fēn)類，印刷電(diàn)路闆疵病檢查，彈性力學照片的應力分(fēn)析，流體(tǐ)力學圖片的阻力和升力分(fēn)析，郵政信件的自動分(fēn)揀，在一(yī)些有毒、放(fàng)射性環境内識别工(gōng)件及物(wù)體(tǐ)的形狀和排列狀态，先進的設計和制造技術中(zhōng)采用工(gōng)業視覺等等。其中(zhōng)值得一(yī)提的是研制具備視覺、聽(tīng)覺和觸覺功能的智能機器人，将會給工(gōng)農業生(shēng)産帶來新的激勵，目前已在工(gōng)業生(shēng)産中(zhōng)的噴漆、焊接、裝配中(zhōng)得到有效的利用。 5）軍事公安方面的應用在軍事方面圖像處理和識别主要用于導彈的精确末制導，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事自動化指揮系統，飛機、坦克和軍艦模拟訓練系統等；公安業務圖片的判讀分(fēn)析，指紋識别，人臉鑒别，不完整圖片的複原，以及交通監控、事故分(fēn)析等。目前已投入運行的高速公路不停車(chē)自動收費(fèi)系統中(zhōng)的車(chē)輛和車(chē)牌的自動識别都是圖像處理技術成功應用的例子。 6）文化藝術方面的應用目前這類應用有電(diàn)視畫面的數字編輯，動畫的制作，電(diàn)子圖像遊戲，紡織工(gōng)藝品設計，服裝設計與制作，發型設計，文物(wù)資(zī)料照片的複制和修複，運動員(yuán)動作分(fēn)析和評分(fēn)等等，現在已逐漸形成一(yī)門新的藝術--計算機美術。
三、JPG、GIF、PNG和BMP格式的圖片各有什麽優點和缺點？
jpg、gif、png和bmp有以下(xià)優缺點：
1、優點。
jpg：jpeg圖片格式的設計目标，是在不影響人類可分(fēn)辨的圖片質量的前提下(xià)，盡可能的壓縮文件大(dà)小(xiǎo)。這意味着jpeg去(qù)掉了一(yī)部分(fēn)圖片的原始信息，也即是進行了有損壓縮。jpeg的圖片的優點，是采用了直接色，得益于更豐富的色彩，jpeg非常适合用來存儲照片，用來表達更生(shēng)動的圖像效果，比如顔色漸變。
gif：gif是無損的，采用gif格式保存圖片不會降低圖片質量。但得益于數據的壓縮，gif格式的圖片，其文件大(dà)小(xiǎo)要遠小(xiǎo)于bmp格式的圖片。文件小(xiǎo)，是gif格式的優點，同時，gif格式還具有支持動畫以及透明的優點。
png：png是一(yī)種比較新的圖片格式，png-8是非常好的gif格式替代者，在可能的情況下(xià)，應該盡可能的使用png-8而不是gif，因爲在相同的圖片效果下(xià)，png-8具有更小(xiǎo)的文件體(tǐ)積。
bmp：這是一(yī)種比較老的圖片格式。bmp是無損的，但同時這種圖片格式幾乎沒有對數據進行壓縮，所以bmp格式的圖片通常具有較大(dà)的文件大(dà)小(xiǎo)。雖然同時支持索引色和直接色是一(yī)個優點
2、缺點
jpg：與gif相比，jpeg不适合用來存儲企業logo、線框類的圖。因爲有損壓縮會導緻圖片模糊，而直接色的選用，又(yòu)會導緻圖片文件較gif更大(dà)。
gif：gif格式僅支持8bit的索引色，即在整個圖片中(zhōng)，隻能存在256種不同的顔色。
png：png-8本身也是支持動畫的，隻是浏覽器支持得不好，不像gif那樣受到廣泛的支持。
bmp：太大(dà)的文件格式格式導緻它幾乎沒有用武之地，現在除了在windows操作系統中(zhōng)還比較常見之外(wài)，幾乎看不到它。
擴展資(zī)料：
圖片文件格式有可能會對圖片的文件大(dà)小(xiǎo)進行不同程度的壓縮，圖片的壓縮分(fēn)爲有損壓縮和無損壓縮兩種。
有損壓縮。指在壓縮文件大(dà)小(xiǎo)的過程中(zhōng)，損失了一(yī)部分(fēn)圖片的信息，也即降低了圖片的質量，并且這種損失是不可逆的，不可能從有一(yī)個有損壓縮過的圖片中(zhōng)恢複出全來的圖片。常見的有損壓縮手段，是按照一(yī)定的算法将臨近的像素點進行合并。
無損壓縮。隻在壓縮文件大(dà)小(xiǎo)的過程中(zhōng)，圖片的質量沒有任何損耗。任何時候都可以從無損壓縮過的圖片中(zhōng)恢複出原來的信息。
